通信：光子的黄金十年——AI拉动下的光学革命

通信 光子的黄金十年——AI拉动下的光学革命 光学——AI算网融合下的最优解之一。2023年，在AGI的爆发之下算力成为全球数字基建的焦点，除了大放异彩的英伟达GPU，Mellanox的交换类设备也异军突起，成为最大黑马。究其原因，是在算网融合下，通信已成为大规模组网算力中的核心制约因素，甚至有一半的时间都耗用在数据通信 上，而各种创新光学解决方案应运而生，催生光子的黄金十年。 800G/1.6T后全面进入TB时代。从100G时代开始，光模块以4-5年一个代际的速度迭代升级，在2018-2022年，我们见证了400G周期，而800G周期已在2023年开启。与以往不同的是，800G-1.6T周期较以往缩短至3 年左右，有望于2024年底开启“TB”时代，其背后的推动力正是算网融合下对高速通信的极致需求。从投资角度看，技术迭代加速对供应商的创新能力提出更高要求，而头部玩家也更易于享受代际红利。 以太网VSIB，兼容性与高性能之争。以太网（Ethernet）是当前广泛应用的协议，而InfiniBand（IB）因其零丢包的特点，在AI训练中异军突起，帮助英伟达在计算和通信两端协同共进，几乎垄断了AI算力市场。但是，以 博通、AMD、Arista等企业组成的超以太网联盟具有更广泛群众基础，从2023 年下半年开始发力，有望于今年开始逐步改变行业格局。 创新从材料开始——硅光与薄膜铌酸锂。基于InP的光模块已经从100G走到800G仍是主流，硅光从100G时代开始导入，却因综合性能未占优而扮演“PlanB”角色，随着1.6T到来，对功耗、成本的挑战再度加剧，CPO技术提供了硅光和CMOS芯片共同封装的解决方案。薄膜铌酸锂则是更新一代的创新材料，其在带宽、调制电压上更具优势，处于产业导入前夜。 光子的现在与未来—光交换/光计算。跳出传统电交换机的固有框架，以谷歌为代表的公司着手基于MEMS的光交换体系；而光计算是未来高速、大数据量、多矩阵计算的人工智能计算处理的最具有潜力的方案之一。 投资建议：“从0到1”与“从1到10”的机会 对于光通信行业最大的分歧在于筹码结构与预期差，经过2023年的大幅上涨，800G从0到1的预期基本Pricein，预计2023年第四季度开始行业盈利将加速兑现，而客户结构、产品创新、场景拓展将提供更多“从1到10”的个股阿尔法。此外，光交换、光计算、卫星互联等创新将提供海外映射的机会。 核心标的：中际旭创、新易盛、天孚通信、沪电股份； 重点关注：太辰光、光迅科技、源杰科技、腾景科技、德科立、联特科技、华工科技、紫光股份、锐捷网络、盛科通信、菲菱科思、中兴通讯等。 风险提示：AIGC发展不及预期，算力需求不及预期，卫星互联网、激光雷达等相关需求不及预期。 证券研究报告|行业策略 2024年01月09日 增持（维持） 行业走势 通信沪深300 64% 48% 32% 16% 0% -16% -32% 2023-012023-052023-092024-01 作者 分析师宋嘉吉 执业证书编号：S0680519010002邮箱：songjiaji@gszq.com 分析师黄瀚 执业证书编号：S0680519050002邮箱：huanghan@gszq.com 分析师赵丕业 执业证书编号：S0680522050002邮箱：zhaopiye@gszq.com 分析师邵帅 执业证书编号：S0680522120003邮箱：shaoshuai@gszq.com 分析师石瑜捷 执业证书编号：S0680523070001邮箱：shiyujie@gszq.com 相关研究 1、《通信：运营商：算网排头兵，红利展韧性》2024-01-07 2、《通信：算力一体化建设明确四大特性，调度平台统筹全网》2024-01-04 3、《通信：下一代卫星互联网看什么？——光学、射频与材料》2024-01-03 请仔细阅读本报告末页声明 重点标的 股票代码 股票名称 投资评级 EPS（元） PE 2022A 2023E 2024E 2025E 2022A 2023E 2024E 2025E 300308.SZ 中际旭创 买入 1.52 2.57 4.86 5.57 65.00 38.44 20.33 17.74 300502.SZ 新易盛 买入 1.27 0.93 2.04 2.75 34.61 47.27 21.55 15.99 300394.SZ 天孚通信 买入 1.02 1.53 2.55 3.26 82.13 54.75 32.85 25.70 300570.SZ 太辰光 买入 0.78 1.01 1.88 2.21 43.83 33.85 18.19 15.47 688195.SH 腾景科技 买入 0.45 0.64 0.93 1.38 67.78 47.66 32.80 22.10 002881.SZ 美格智能 买入 0.49 0.88 1.35 1.84 53.47 29.77 19.41 14.24 300638.SZ 广和通 买入 0.58 0.98 1.17 1.46 29.34 17.37 14.55 11.66 资料来源：Wind，国盛证券研究所 内容目录 一、光通信-AI算网融合下的传输最优解之一6 1.1光通信产业链6 1.2网络架构分析以及对应光通信网络7 1.2.1以太网VSIB，兼容性与高性能之争8 1.2.2英伟达：IB和NV网络打造高性能集群10 1.2.3超以太网联盟：广泛的群众基础，持续优化提高性能表现13 1.3800G/1.6T后全面进入TB时代14 二、光子通信新路径—封装与材料的革新17 2.1封装侧：CPO/LPO/板上光互联17 2.1.1传统PAM4+DSP17 2.1.2CPO共封装是长期方向19 2.1.3LPO，800G时代最具潜力的方案20 2.1.4光互联的进化：向短距离渗透，向高密度升级22 2.2材料侧：硅光/薄膜铌酸锂24 2.2.1硅光24 2.2.2薄膜铌酸锂27 三、光子的现在与未来—光交换/光计算28 3.1谷歌的光交换OCS体系28 3.2Intel等为主的光计算芯片29 四、光子的更多场景—卫星+汽车31 4.1卫星光—星间激光31 4.2汽车之光—激光雷达34 �、边缘计算：始于AI，赋能应用38 5.1模型由大到小，AI走上应用的快速路38 5.2应用曙光已现，期待AI飞轮下的百花齐放39 5.3物联网：复苏与扩张共振43 六、投资建议：“从0到1”与“从1到10”的机会47 七、风险提示48 图表目录 图表1：光通信产业链梳理7 图表2：网络架构种类繁多7 图表3：以太网应用场景众多8 图表4：以太网应用场景众多8 图表5：传统模式VSRDMA模式9 图表6：以太网网络带宽演进9 图表7：InfiniBand网络带宽演进9 图表8：计算140-nodeDGXSuperPOD的结构拓扑11 图表9：计算80-nodeDGXSuperPOD的结构拓扑11 图表10：计算光纤交换机和电缆数量11 图表11：计算光纤交换机和电缆数量12 图表12：NvidiaQuantum-2IBNDR40012 图表13：256-GPUSuperPOD的架构图12 图表14：DGXGH200技术细节13 图表15：UEC创始成员和会员14 图表16：国内光模块厂商1.6T相关产品进度15 图表17：国外相关厂商在第48届OFC展会参会产品16 图表18：光模块核心电芯片级功能17 图表19：NRZ技术与PAM4技术对比18 图表20：PAM4原理图18 图表21：简化的接收端PAM4+DSP架构18 图表22：400GZR光模块中各器件功耗占比18 图表23：基于PAM4调制的400GDML光收发模块（8*50G方案）19 图表24：可插拔光模块和共封装光学对比19 图表25：思科CPO架构（下）与传统交换机（上）的结构对比20 图表26：思科在OFC2023展示的CPO样机20 图表27：不同速率的光模块技术现状20 图表28：DSP与LPO原理对比21 图表29：无需DSP的Linear-drive可以节省25%功耗21 图表30：LPO、CPO特性比较21 图表31：国内光模块厂商的LPO进展22 图表32：新易盛800GLPO产品系列22 图表33：光模块、AOC、DAC的适用场景23 图表34：OXC极大简化光互联网络复杂程度24 图表35：太辰光OXC光纤柔性板，配套应用于OXC产品24 图表36：磷化铟、硅光、铌酸锂对比24 图表37：硅光的三种产品形式25 图表38：基于硅光芯片制作的光模块内部构造25 图表39：1992-2030硅光技术路线26 图表40：混合光子集成与单片硅光子集成的示意图26 图表41：体材料铌酸锂调制器（左）与薄膜铌酸锂调制器结构27 图表42：单个OCS设备通过MEMS棱镜将N个输入映射到N个输出光纤28 图表43：谷歌PalomarOCS核心部件28 图表44：谷歌PalomarOCS光路示意图28 图表45：网络状光干涉器概念30 图表46：光学卷积处理器概念30 图表47：卫星激光通信优劣势31 图表48：StarlinkV1.5卫星搭载的激光载荷32 图表49：激光通信载荷架构32 图表50：非相干调制与相干调制对比33 图表51：Tesat、SpaceMicro和Mynaric激光通信产品对比33 图表52：汽车激光雷达光电探测器材料响应度与波长的关系34 图表53：ToF雷达工作原理35 图表54：AMCW雷达工作原理35 图表55：FMCW雷达工作原理35 图表56：中国激光雷达市场规模预测（单位：亿美元）36 图表57：纳斯达克上市激光雷达企业近期营收表现（百万美元）36 图表58：近期上市新车激光雷达配置梳理37 图表59：MLC项目概览38 图表60：英特尔AIPC加速计划39 图表61：自动驾驶芯片每秒识别帧率对比40 图表62：美格车规模组40 图表63：AIAgent系统架构40 图表64：车载AIAgent能力的5个层次41 图表65：Rewind应用41 图表66：特斯拉机器人进展42 图表67：国内三大运营商物联网终端用户情况43 图表68：全球物联网市场预测情况43 图表69：中国移动蜂窝物联网市场份额全球领先44 图表70：国内车载5G通讯前装搭载情况44 图表71：全球个人电脑出货量45 图表72：全球蜂窝笔电出货预测45 图表73：全球5GFWA用户数预测46 图表74：2024年投资建议47 一、光通信-AI算网融合下的传输最优解之一 1.1光通信产业链 光通信产业链涵盖多个环节，上游芯片厂商和下游客户较为强势。简单来看光通信产业分为上中下游，上游主要是核心零部件环节包括光芯片、光学元件、电芯片，中游可以分为光器件、光模块，下游按照应用场景可以分为电信市场和数通市场，整条光通信产 业链较为复杂，话语权较强的集中在上游和下游两端，因此对于光模块厂商而言成本控制能力至关重要，决定了公司的整体盈利能力。 上游零部件： 光芯片：有源光芯片（激光器芯片、探测器芯片等）、无源光芯片（波分复用、光 耦合器等）； 主要厂商：源杰科技、仕佳光子、光迅科技、长光华芯、华工科技、海信宽带、武汉光安伦、华为海思、中兴通讯、Lumentum、Finisar、Avago、AAOI、II-VI、Ociaro、 Acacia、三菱、住友、博通等。 光学元件：平面/球面光学元件、横压玻璃非球面透镜等； 主要厂商：天孚通信、太辰光、腾景科技、光库科技、中瓷电子、博创科技、昂纳 技术等。 电芯片：电芯片目前仍以海外进口为主，包括LDdriver、TIA、LA、CDR、DSP等；主要厂商：Marvell、博通、Credo、超燃半导体、华为海思、傲科光电等。 中游器件模块： 光器件：有源光器件-激光器（DFB/FP/VCSEL）、探测器（PIN